JPH0957587A - 軟質材の平坦化方法及び装置 - Google Patents

軟質材の平坦化方法及び装置

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JPH0957587A
JPH0957587A JP20866695A JP20866695A JPH0957587A JP H0957587 A JPH0957587 A JP H0957587A JP 20866695 A JP20866695 A JP 20866695A JP 20866695 A JP20866695 A JP 20866695A JP H0957587 A JPH0957587 A JP H0957587A
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polishing
flattening
hardness
polished
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JP20866695A
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Masakazu Muroyama
雅和 室山
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨布やバッキングフィルムのような軟質材
を容易に研磨する方法とその装置を提供する。 【解決手段】 軟質材をガラス転移温度にして、その硬
度を高めて研磨する平坦化方法と、軟質材11を載置す
る回転研磨台8に冷媒パス9を設け、一方真空チャック
12に研磨手段14を吸着してなる軟質材研磨装置16
の構成。 【効果】 研磨に先立ち、被研磨材(軟質材)の温度を
ガラス転移温度として、その硬度を高め研磨を容易とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軟質材の平坦化方
法及び装置に関し、詳しくは半導体装置の製造分野に適
用する層間絶縁膜を研磨する研磨布または被研磨材を吸
着するためのバッキングパッド等の軟質材の平坦化方法
及び装置に関する。
【0002】
【従来技術】デバイスの高密度化に伴って配線技術は、
微細化、多層化の方向に進んでいる。しかし、高密度化
は信頼性を低下させる要因になる場合がある。これは、
配線の微細化と多層化の進展によって層間絶縁膜の段差
は大きく且つ、急峻となり、その上に形成される配線の
加工精度、信頼性を低下させる為である。この為、配線
の段差被覆性の大幅な改善が出来ない現在、層間絶縁膜
の平坦性を向上させる必要がある。これまで各種の絶縁
膜の形成技術及び平坦化技術が開発されてきたが、微細
化、多層化した配線層に適用した場合、配線間隔が広い
場合の平坦性の不足や配線間隔に於ける層間膜の巣の発
生により配線間における接合不良等が大きな問題になっ
ている。
【0003】平坦化技術として近年、塩基性溶液中での
シリコン酸化膜の微粒子を用いたメカノケミカル研磨技
術が報告されている。この研磨に用いる研磨布は発泡剤
の入った液状ポリウレタンを基板上に塗布した後、発泡
剤により多孔質樹脂を形成していた。このような方法に
より形成した研磨布の表面は凹凸が存在するため、この
研磨布により研磨を行うと、この凹凸が被研磨層の研磨
速度の不均一性をもたらしてしまう。
【0004】この為、研磨布の表面を研削等により平坦
化することが提案されているが、研磨布が軟質の為、研
削屑が細孔に残留するなど所定の形状を満足し、平坦化
することが困難であった。これに対して、多孔性樹脂の
孔及び表面に少なくとも前記孔を樹脂で満たすまで前記
樹脂を塗布し、前記樹脂溶媒を揮発させて、固体の樹脂
を形成し、前記固体の樹脂表面及び前記多孔性樹脂の表
面を研磨あるいは研削して平坦化し、前記固体の樹脂を
除去して多孔質樹脂を平坦化する手法が提案されてい
る。この方法は例えば、特開平7−86214号公報に
詳細に記載されている。
【0005】しかし、この方法では、研磨布として用い
られているポリウレタン樹脂の耐久性の問題から水溶性
樹脂を用いる必要があることから、硬度の高い樹脂を選
択する事が困難であり、研磨時の変形等も発生し、所望
の形状に加工することが困難である。 更に、樹脂の塗
布、乾燥、固化及び研削後の除去等、多工程を必要と
し、処理に多くの時間を必要とする。従って、所望の形
状を効果的に形成する技術が切望されている。
【0006】また、バッキングフィルムと称され、被研
磨材を吸着する多孔質の軟質材にも、その表面の平坦化
の要求は同様であり、その研磨方法と研磨装置の提供が
必要となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、上記問題点に鑑みてなされたもので、段差
基体上の層間絶縁膜の平坦化工程に用いる研磨布、バッ
キングフィルム等の軟質材の平坦化方法及び装置を提供
することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、本発明の請求項1記載の発明は、軟質材の硬度
を増加させる工程と、軟質材の表面を研磨(研削を含む
ものとする)して平坦化することを特徴とする軟質材の
平坦化方法の構成とし、軟質材の研磨(研削を含むもの
とする)を容易とした。
【0009】請求項2の発明においては、軟質材の硬度
を増加させる工程に於いて、軟質材を構成する樹脂のガ
ラス転移温度以下に軟質材の温度を保持する事を特徴と
する請求項1記載の軟質材の平坦化方法の構成とし、軟
質材の研磨(研削を含むものとする)を容易とした。
【0010】請求項3の発明においては、軟質材の硬度
を増加させる工程に於いて、液体を含侵した後、液体の
凝固点温度以下に液体の温度を保持することを特徴とす
る請求項1記載の軟質材の平坦化方法の構成とし、さら
に軟質材の硬度を高め研磨(研削を含むものとする)を
容易とした。
【0011】請求項4の発明においては、軟質材が半導
体ウエハを研磨するための研磨布であることを特徴とす
る請求項1記載の軟質材の平坦化方法の構成とし、研磨
布の研磨(研削を含むものとする)又は研削を容易とし
た。
【0012】請求項5の発明においては、軟質材が半導
体ウエハを吸着するためのバッキングフィルムであるこ
とを特徴とする軟質材の平坦化方法の構成とし、バッキ
ングフィルムの研磨(研削を含むものとする)を容易と
した。
【0013】請求項6の発明においては、内部に冷媒パ
スが備えられた軟質材を載置する回転研磨台が回転可能
に支持され、真空チャックが前記回転研磨台の上部に設
けられ、真空チャックは円筒凹部を備えた保持部が回転
可能に支持され、保持部の円筒凹部には多孔質材料から
成る吸着板を嵌合し、吸着板に研磨手段を吸着し、回転
研磨台の中央上部に軟質材に水を注水するための注水管
が設けられて成る、軟質材の平坦化装置の構成とし、軟
質材の研磨(研削を含むものとする)を容易とした。
【0014】請求項7の発明においては、研磨手段がダ
イアモンド砥粒が施された研磨砥石である事を特徴とす
る、請求項7記載の軟質材の平坦化装置の構成とし、軟
質材の研磨を容易とした。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図1ないし図3を参照して説明する。ここで実際の
研磨工程の説明に先立ち、先ず本発明に関係する半導体
ウエハ研磨装置1の構成例を図1を参照しながら説明す
る。ウエハ2はウエハ保持台3に真空チャック方式によ
り固定される。一方、研磨台4には研磨布5が固定され
ており、スラリー導入管6からスラリー7が供給され
る。研磨中は上部のウエハ保持台3及び回転研磨台4が
回転することにより、ウエハ2面内の研磨速度の均一性
を確保している。尚、研磨時の押し付け圧力について
は、ウエハ保持台2に加える圧力を制御することにより
行う。
【0016】第1の実施の形態 図2に本発明の第1の実施の形態としての研磨布等の軟
質材を研磨又は研削する軟質材研磨装置を側断面図で示
し、その構成と作用について以下に説明する。被研磨材
(軟質材)11を載置する回転研磨台8は軸8aを中心
に回転可能に支持され、その内部には螺旋状に設けられ
た冷媒パス9が穿たれている。冷媒パス9には軸8aに
設けたロータリージョイント10を介して、エタノール
系冷媒、フロン等の冷媒が外部から供給され、回転研磨
台8内部を循環するようなされている。
【0017】そして、回転研磨台8の上には、研磨され
る被研磨材(軟質材)11が載置され固定されている。
一方、回転研磨台8の上部には、真空チャック12が設
けられている。この真空チャック12はチャック軸12
aに円筒凹部12bを備えた保持部12cが設けられ、
回転可能とされている。そして、保持部12cの円筒凹
部12bには多孔質材料から成る吸着板13が嵌合され
ており、チャック軸12a内に設けられた真空パス12
dより真空に吸引されるごとくなされている。吸着板1
3には、ダイアモンド砥粒を含有した砥石から成る研磨
手段14が吸着される。また、回転研磨台8の中央上部
には、被研磨材11に水を注水するための注水管15が
設けられている。
【0018】特に本発明は被研磨材(軟質材)11を冷
却し、その硬度を高め、その表面をダイヤモンド砥粒を
用いて研磨するようにしたものである。
【0019】第2の実施の形態 この様に構成した軟質材研磨装置16により、被研磨材
(軟質材)11の研磨を行なう方法について以下に説明
する。図2に示したように被研磨材11を固定した回転
研磨台8の温度を被研磨材11である研磨布のポリウレ
タン樹脂のガラス転移温度15℃に対して約5℃に冷却
することにより、被研磨材11の硬度を増加する。冷却
温度は冷媒の温度を調整することにより行なう。そし
て、被研磨材11に真空チャック12の吸着板13に吸
着させたダイヤモンド砥粒が施された研磨布14を押圧
して、その表面を研磨する。被研磨材(軟質材)11は
常温では、研磨が困難であったが、本発明のように冷却
により硬度を上げることにより、研磨が容易となった。
【0020】この研磨を行なった後の被研磨材11の表
面の段差を段差計を用いて測定した結果、研磨前では被
研磨材の表面のうねりは20μmの凹凸が観測された
が、研磨後は5μmと被研磨材の表面のうねりは、著し
く減少していた。
【0021】第3の実施の形態 図2に示すように被研磨材11上に注水管15から被研
磨材11上に水を散布し、十分に含侵した後、被研磨材
11を固定した回転研磨台8の温度を−5℃に冷却し、
水を凍らせることにより被研磨材の硬度を増加する。そ
の後、被研磨材11をダイヤモンド砥粒が施された研磨
布14を用いて被研磨材研11の表面を研磨した。研磨
後の被研磨材11表面の段差を段差計を用いて測定した
結果、研削前では被研磨材11の表面のうねりは20μ
mの凹凸が観測されたが、研削後は3μmと表面のうね
りは減少していた。
【0022】次に、前述の第3の実施の形態により得ら
れた研磨布を用いて半導体集積回路製造の際に段差を有
する基体上を平坦化した結果の例を挙げる。図3(a)
に示す様にシリコン等からなる半導体基体17上に第1
シリコン酸化膜18及びアルミ配線層19を形成した
後、レジストプロセスを用いて反応性ドライエッチング
によりアルミ配線層19を加工したウエハ2を用意す
る。次いで、図3(b)に示すように、プラズマCVD
法により第2シリコン酸化膜20を形成した。次いで、
以下の条件で第2シリコン酸化膜20を研磨し平坦化を
行った。
【0023】研磨条件 回転研磨台の回転数 20 〔rpm〕 ウエハ保持台の回転数 20 〔rpm〕 研磨圧力 5×103 〔Pa〕 スラリー流量 200 〔sccm〕 その結果図3(c)に示すように、研磨均一性は厚さ8
inchのウエハを用いて5%以下と非常に良好であっ
た。研磨終了後、水洗することにより研磨粒子を溶解除
去し、層間絶縁膜の平坦化研磨は完了する。第2シリコ
ン酸化膜20の表面を光学顕微鏡で観測した結果、スク
ラッチ等は全く検出されなかった。
【0024】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明を
適用することにより、 軟質材の硬度を高めることで、
研磨時の変形を抑制し、所望の形状に加工することが可
能となる。その際従来の様に特別な樹脂等を用いる必要
がなく、工程の短縮が達成できる。また、硬度を更に増
加させるために液体、例えば水を含侵した後、0℃に保
持し研削し、加熱により氷は水に変化するだけで、従来
の様に特別な樹脂を用いていないために水洗残りにより
研磨布内への未洗浄樹脂が残留し、研磨布の硬度に影響
を与えたり、スクラッチ等の発生の原因になることもな
い。この結果、軟質材の研磨を容易に行なうことが出
来、平坦な研磨布やバッキングフィルムが得られ、また
この研磨を遂行するに好適な軟質材の研磨装置が提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 半導体ウエハ研磨装置
【図2】 本発明の軟質材研磨装置
【図3】 本発明で得られた研磨布で研磨した半導体ウ
エハの断面図であり、(a)は用意した半導体ウエハ、
(b)は第2のシリコン酸化膜を施した半導体ウエハ、
(c)は研磨後の半導体ウエハを示す。
【符号の説明】
1 半導体ウエハ研磨装置 2 ウエハ 3 ウエハ保持部 4 回転研磨台 5 研磨布 6 スラリー導入管 7 スラリー 8 回転研磨台 8a 軸 9 冷媒パス 10 ロータリージョイント 11 被研磨材(軟質材) 12 真空チャック 12a チャック軸 12b 円筒凹部 12c 保持部 12d 真空パス 13 吸着板 14 研磨手段 15 注水管 16 軟質材研磨装置 17 半導体基体 18 第1シリコン酸化膜 19 アルミ配線層 20 第2シリコン酸化膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軟質材の硬度を増加させる工程と、 該軟質材の表面を研磨して平坦化することを特徴とする
    軟質材の平坦化方法。
  2. 【請求項2】 前記軟質材の硬度を増加させる工程に於
    いて、 軟質材を構成する樹脂のガラス転移温度以下に該軟質材
    の温度を保持する事を特徴とする請求項1記載の軟質材
    の平坦化方法。
  3. 【請求項3】 前記軟質材の硬度を増加させる工程に於
    いて、 液体を含侵した後、該液体の凝固点温度以下に該液体の
    温度を保持することを特徴とする請求項1記載の軟質材
    の平坦化方法。
  4. 【請求項4】 前記軟質材が半導体ウエハを研磨するた
    めの研磨布であることを特徴とする請求項1記載の軟質
    材の平坦化方法。
  5. 【請求項5】 前記軟質材が半導体ウエハを吸着するた
    めのバッキングフィルムであることを特徴とする軟質材
    の平坦化方法。
  6. 【請求項6】 内部に冷媒パスが備えられ、軟質材を
    載置するための回転研磨台が回転可能に支持され、 真空チャックが前記回転研磨台の上部に設けられ、 前記真空チャックは円筒凹部を備えた保持部が回転可能
    に支持され、 前記保持部の円筒凹部には多孔質材料から成る吸着板を
    嵌合し、 前記吸着板に研磨又は研削手段を吸着し、 前記回転研磨台の中央上部に前記軟質材に水を注水する
    ための注水管が設けられて成る、軟質材の平坦化装置。
  7. 【請求項7】 前記研磨手段がダイアモンド砥粒を包含
    した研磨砥石である事を特徴とする、請求項7記載の軟
    質材の平坦化装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19990024436A (ko) * 1997-09-02 1999-04-06 윤종용 화학기계적 연마장치
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